JP4883412B2

JP4883412B2 - ガスセンサ及びガスセンサの製造方法

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Publication number: JP4883412B2
Application number: JP2007158199A
Authority: JP
Inventors: 正樹水谷; 森　　茂樹; 茂雄近藤; 暢雄古田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: JP2008046112A

Description

本発明は、セラミック層を複数積層してなる積層型のガス検出素子を有するガスセンサ及びその製造方法に関する。

従来より、複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子が知られている。このようなガス検出素子は、例えば引用文献１〜４に開示されている。このようなガス検出素子には、セラミック層を貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔内には、例えば、ガス検出素子の内部に設けられた検知電極から延びるリード部と、ガス検出素子の外表面に設けられた電極パッドとの間を電気的に接続するための導体が設けられる。

特開昭６１−１３４６５５号公報特開２００１−２４２１２９号公報特開２００１−３１１７１４号公報特開２００２−１０７３３５号公報

上記の導体には、図９に示すように、複数のセラミック層を貫通する連結貫通孔の内周面に設けられ、その中に開口部を備えたものがある。このような開口部９０１は、一般的に次のように製造する。即ち、各々のセラミック層９１１，９１２に対応するセラミックグリーンシートの貫通孔９１１ｃ，９１２ｃの内周面に、未焼成メタライズからなり、焼成後に筒状の導体部９０３，９０４となる未焼成導体部を形成する。また、各セラミックグリーンシートの表面及び裏面に、未焼成メタライズからなり、焼成後に筒状の導体部９０３，９０４の両端部の周りを取り囲むようにして接続するリング状の周縁部９０５，９０６，９０７，９０８となる未焼成周縁部をそれぞれ形成する。

そして、これらのセラミックグリーンシートを積層する。このとき、互いに重ねたセラミックグリーンシートの未焼成導体部同士を突き合わせると共に、未焼成周縁部同士を重なる。その後、未焼成セラミックの積層体を焼成すると、未焼成周縁部から周縁部９０５，９０６，９０７，９０８が形成されると共に、未焼成導体部から導体部９０３，９０４が形成される。こうして、導体９０３、９０４の内周面により形成された開口部９０１が形成される。

セラミックグリーンシートと未焼成メタライズとでは、焼成収縮量が異なる。このため、この焼成収縮量の差が原因となって、図１０に示すように、焼成時に、互いに重なったセラミック層９１１，９１２同士の間、貫通孔９１１ｃ，９１２ｃの周縁部分に間隙が生じることがある。このような間隙が生じると、互いに重なった周縁部９０６，９０７同士の間にも離間部Ｇ６が生じる。その結果、図中に示すように周縁部９０６，９０７同士が重なり合う密着部がなくなったり、或いは密着部が極端に少なくなったりして、導体部９０３、９０４間の電気的な接続信頼性が低下するおそれがある。

また別の形態のとして、図１１に示すように、単一の貫通孔の内周面に導体部が設けられ、その中に開口部が形成されたものがある。このような開口部９５１は、一般的に次のように製造する。即ち、セラミック層９６２に対応するセラミックグリーンシートの貫通孔９６２ｃの内周面に、未焼成メタライズからなり、焼成後に筒状の導体部９５３となる未焼成導体部を形成する。また、このセラミックグリーンシートの表面及び裏面に、未焼成メタライズからなり、焼成後に導体部９５３の両端部の周りを取り囲むようにして接続するリング状の周縁部９５５，９５６となる未焼成周縁部を形成する。一方で、セラミック層９６１に対応するセラミックグリーンシートの表面に、未焼成メタライズからなり、焼成後に平板状の接続部９５９となる未焼成接続端子を形成する。

そして、これらのセラミックグリーンシートを積層する。このとき、一方のセラミックグリーンシートの未焼成周縁部と、他方のセラミックグリーンシートの未焼成接続端子とを重ねる。その後、未焼成セラミックの積層体を焼成すると、未焼成導体部から導体部９５３が形成されると共に、未焼成周縁部から周縁部９５５，９５６が形成され、導体部９５３の内周面により開口部９５１が形成される。また、未焼成接続端子から接続部９５９が形成される。

この場合も、セラミックグリーンシートと未焼成メタライズとの焼成収縮量が異なるため、この焼成収縮量の差が原因となって、図１２に示すように、焼成時に、互いに重なったセラミック層９６１，９６２同士の間、特に、貫通孔９６２ｃの周縁部分に間隙が生じることがある。このような間隙が生じると、互いに重なった周縁部９５５と接続部９５９との間にも離間部Ｇ７が生じる。その結果、図中に示すように周縁部９５５と接続部９５９とが重なり合う密着部がなくなったり、或いは密着部が極端に少なくなったりして、導体部９５３と接続部９５９との電気的な接続信頼性が低下するおそれがある。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、導体内の電気的な接続信頼性や、導体と素子内部に形成された他の導体との電気的な接続信頼性を向上させることができるガス検出素子を備えるガスセンサ、及び、このようなガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。

その解決手段は、複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子を備えたガスセンサであって、前記ガス検出素子は、第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第１貫通孔を有する第１セラミック層と、第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第２貫通孔を有する第２セラミック層と、前記第１貫通孔の内周面に形成された第１導体部と、前記第１セラミック層の前記第２面上の前記第１貫通孔周縁に設けられ、前記第１導体部と接続された導体からなる第１周縁部と、前記第２貫通孔の内周面に形成された第２導体部と、前記第２セラミック層の第１面上のうち、前記第２貫通孔周縁に設けられ、前記第２導体部と前記第１周縁部とを接続する導体からなる第２周縁部と、前記第１導体部の内周面と前記第２導体部の内周面とで囲まれた開口部と、を備え、前記第１周縁部と前記第２周縁部は、前記開口部に連なる間隙を介して互いに対向する離間部と、互いに重なり合う密着部と、を有し、前記密着部の最大長さをＬ１、前記離間部の最大長さをＳ１とすると、Ｌ１＞Ｓ１を満たすことを特徴とするガスセンサである。

本発明によれば、第１周縁部と第２周縁部とは、離間部の最大長さＳ１よりも大きな最大長さＬ１を有する密着部によって互いに接続されているため、第１導体部と第２導体部との電気的な接続信頼性が高い。従って、信頼性の高いガスセンサとすることができる。さらには、電気的接続信頼性をさらに高めるためには、Ｌ１はＳ１の３倍以上確保することが好ましい。また、密着部の最大長さＬ１は、６０μｍ〜２００μｍとするのが好ましい。
なお、本発明の「ガスセンサ」は、上記の要件を満たすものであればよく、例えば、酸素センサ、空燃比センサ、ＮＯxセンサ、ＣＯ２センサなどが挙げられる。
また、「周縁部」とは、貫通孔の周縁に設けられ、貫通孔内に設けられた導体と接続される導体部を意味し、円形状、長円形状、矩形状などが選択できる。

更に、上記のガスセンサであって、前記密着部は、長手方向において、前記開口部の先端側の方が前記開口部の基端側よりも長くすると良い。

ガス検出素子が長尺形状をなす場合、その長手方向の方が幅方向よりも大きくスペースがとれる。このため、第１周縁部および第２周縁部を長手方向に長い長円や長方形にするのが好ましい。また、上記開口部は、ガス検出素子の基端側に配置される。したがって、密着部の長手方向における幅は先端側の方が基端側よりも長くした方が、上記開口部をガス検出素子の基端により近く配置することが可能となるので、好ましい。

更に、上記のガスセンサであって、前記第１導体部と電気的に接続され、前記ガス検出素子の外表面に設けられた電極パッドと、前記電極パッドと当接し、前記電極パッドと電気的に接続される接続端子と、をさらに有し、前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置は、前記第１周縁部及び前記第２周縁部に対して、長手方向にずれているのが好ましい。

第１および第２周縁部が位置する部分はその分だけガス検出素子全体の厚さが厚くなることがある。したがって、第１および第２周縁部の真上で、接続端子と電極パッドとを当接させると両者の接続信頼性が損なわれる恐れがある。そこで、本発明では、接続端子と電極パッドとの当接位置は、第１周縁部及び第２周縁部に対して、長手方向にずらすことにより、接続端子と電極パッドとの接続信頼性を確保することができる。

特に、密着部の長手方向の幅が、開口部の先端側の方が、その基端側よりも長くされている場合においては、接続端子と電極パッドとの当接位置は、長手方向において開口部よりも基端側に位置させると、容易に接続端子と電極パッドとの接続信頼性を確保できる。また、かかる構造によれば、接続端子と電極パッドの当接位置を開口部へ近づけやすく、設計の自由度を増すことができる。より好ましくは、接続端子と電極パッドとの当接位置と、開口部との間の距離を、３０〜２００μｍの範囲とすることができる。

また、他の解決手段は、複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子を備えたガスセンサであって、前記ガス検出素子は、第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第１貫通孔を有する第１セラミック層と、第１面と第２面とを有し、前記第１セラミック層の第２面側に積層される第２セラミック層と、前記第１貫通孔の内周面に形成された第１導体部と、
前記第１セラミック層の前記第２面上の前記第１貫通孔周縁に設けられ、前記第１導体部と接続された導体からなる第１周縁部と、前記第２セラミック層の第１面上に設けられ、前記第１貫通孔を塞ぎつつ、第１周縁部と接続される導体からなる第２接続部と、前記第１導体部の内周面で囲まれた開口部と、を備え、前記第１周縁部と前記第２接続部は、
前記開口部に連なる間隙を介して互いに対向する離間部と、互いに重なり合う密着部と、を有し、前記密着部の最大長さをＬ２、前記離間部の最大長さをＳ２とすると、Ｌ２＞Ｓ２であることを特徴とするガスセンサである。

本発明によれば、第１周縁部と第２接続部とは、離間部の最大長さＳ２よりも大きな最大長さＬ２を有する密着部によって互いに接続されているため、第１導体部と第２導体部との電気的な接続信頼性が高い。従って、信頼性の高いガスセンサとすることができる。さらには、電気的接続信頼性をさらに高めるためには、Ｌ２はＳ２の３倍以上確保することが好ましい。また、密着部の最大長さ（最大密着幅）Ｌ２は、６０μｍ〜２００μｍとするのが好ましい。

ガス検出素子が長尺形状をなす場合、その長手方向の方が幅方向よりも大きくスペースがとれる。このため、第３接続部および第１周縁部を長手方向に長い長円や長方形にするのが好ましい。また、上記開口部は、ガス検出素子の基端側に配置される。したがって、密着部の長手方向における幅は、開口部より先端側の方が開口部よりも基端側よりも長くした方が、上記開口部をガス検出素子の基端により近く配置することが可能となるので、好ましい。

更に、上記のガスセンサであって、前記第２導体部と電気的に接続され、前記ガス検出素子の外表面に設けられた電極パッドと、前記電極パッドと当接し、前記電極パッドと電気的に接続される接続端子と、をさらに有し、前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置は、前記第２接続部及び前記第１周縁部に対して、長手方向にずれているのが好ましい。

第１周縁部および第２接続部が位置する部分はその分だけガス検出素子全体の厚さが厚くなることがある。したがって、第１周縁部および第２接続部の真上で、接続端子と電極パッドとを当接させると両者の接続信頼性が損なわれる恐れがある。そこで、本発明では、接続端子と電極パッドとの当接位置は、第１周縁部及び第２接続部に対して、長手方向にずらすことにより、前記接続端子と前記電極パッドとの接続信頼性を確保することができる。

特に、密着部の長手方向の幅が、開口部の先端側の方が、その基端側よりも長くされている場合においては、前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置を、長手方向において開口部よりも基端側に位置させると、容易に接続端子と電極パッドとの接続信頼性を確保できる。また、かかる構造によれば、接続端子と電極パッドの当接位置を開口部へ近づけやすく、設計の自由度を増すことができる。より好ましくは、接続端子と電極パッドとの当接位置と、開口部との間の距離を、３０〜２００μｍの範囲とすることができる。

また、他の解決手段は、複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子を備え、前記ガス検出素子は、第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第１貫通孔を有する第１セラミック層と、第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第２貫通孔を有する第２セラミック層と、前記第１貫通孔の内周面に形成された第１導体部と、前記第１セラミック層の前記第２面上の前記第１貫通孔周縁に設けられ、前記第１導体部と接続された導体からなる第１周縁部と、前記第２貫通孔の内周面に形成された第２導体部と、前記第２セラミック層の第１面上のうち、前記第２貫通孔周縁に設けられ、前記第２導体部と前記第１周縁部とを接続する導体からなる第２周縁部と、前記第１導体部の内周面と前記第２導体部の内周面とで囲まれた開口部と、を備え、前記第１周縁部と前記第２周縁部は、前記開口部に連なる間隙を介して互いに対向する離間部と、互いに重なり合う密着部と、を有し、前記密着部の最大長さをＬ１、前記離間部の最大長さをＳ１とすると、Ｌ１＞Ｓ１を満たすガスセンサの製造方法であって、前記第１面及び前記第２面を有し、これらの面の間を貫通する前記第１貫通孔を有する第１セラミックグリーンシートのうち、前記第１貫通孔の内周面に、未焼成第１導体部を形成すると共に、前記第２面に、前記未焼成第１導体部に接続する未焼成第１周縁部を形成する工程と、前記第１面及び前記第２面を有し、これらの面の間を貫通する前記第２貫通孔を有する第２セラミックグリーンシートのうち、前記第２貫通孔の内周面に、未焼成第２導体部を形成すると共に、前記第１面に、前記未焼成第２導体部に接続する未焼成第２周縁部を形成する工程と、前記第１セラミックグリーンシートの第２面と前記第２セラミックグリーンシートの前記第１面を合わせて前記第１セラミックグリーンシートに前記第２セラミックグリーンシートを積層し、前記未焼成第１導体部に前記未焼成第２導体部を突き合わせると共に、前記未焼成第１周縁部と前記未焼成第２周縁部を重ねる工程と、出来上がった積層体を焼成する工程と、を備えるガスセンサの製造方法である。

このような製造方法にて作製されたガスセンサは、上記のように第１導体部と第２導体部との電気的接続信頼性が高くなる。

また、他の解決手段は、複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子を備え、前記ガス検出素子は、第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第１貫通孔を有する第１セラミック層と、第１面と第２面とを有し、前記第１セラミック層の第２面側に積層される第２セラミック層と、前記第１貫通孔の内周面に形成された第１導体部と、前記第１セラミック層の前記第２面上の前記第１貫通孔周縁に設けられ、前記第１導体部と接続された導体からなる第１周縁部と、前記第２セラミック層の第１面上に設けられ、前記第１貫通孔を塞ぎつつ、第１周縁部と接続される導体からなる第２接続部と、前記第１導体部の内周面で囲まれた開口部と、を備え、前記第１周縁部と前記第２接続部は、前記開口部に連なる間隙を介して互いに対向する離間部と、互いに重なり合う密着部と、を有し、前記密着部の最大長さをＬ２、前記離間部の最大長さをＳ２とすると、Ｌ２＞Ｓ２であるガスセンサの製造方法であって、前記第１面及び前記第２面を有し、これらの面の間を貫通する前記第１貫通孔を有する第１セラミックグリーンシートのうち、前記第１貫通孔の内周面に、未焼成第１導体部を形成すると共に、前記第２面に、前記未焼成第１導体部に接続する未焼成第１周縁部を形成する工程と、前記第１面及び前記第２面を有する第２セラミックグリーンシートのうち、前記第１面に未焼成第２接続部を形成する工程と、前記第１セラミックグリーンシートの第２面と前記第２セラミックグリーンシートの前記第１面を合わせて前記第１セラミックグリーンシートに前記第２セラミックグリーンシートを積層し、前記未焼成第１周縁部と前記未焼成第２接続部を重ねる工程と、出来上がった積層体を焼成する工程と、備えるガスセンサの製造方法。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に本実施形態の酸素センサ（ガスセンサ）１００を示す。この酸素センサ１００は、自動車の排気管（図示しない）に取り付けられ、排ガス中の酸素濃度を検知するものである。なお、この酸素センサ１００は、図１中、下方が先端側、図１中、上方が基端側となる。この酸素センサ１００は、ガス検出素子２００、このガス検出素子２００を内側に保持する筒状の主体金具１０３、この主体金具１０３の先端側の所定部位に装着されたプロテクタ１２５、主体金具１０３の基端側の所定部位に接続された筒状の外筒１３１等から構成されている。

このうちガス検出素子２００は、先端２００ａおよび基端２００ｂを有し、セラミック層を複数積層してなる長方形板状の積層型素子であり、その大きさは長さ約４０ｍｍ×幅約５ｍｍ×厚み約１．２ｍｍである。このガス検出素子２００は、図２に分解斜視図を示すように、大別すると、酸素濃度を検知可能なセンサ部２０１と、このセンサ部２０１を加熱可能なヒータ部２５１とからなる。なお、このガス検出素子２００は、図２中、左側が先端側、図２中、右側が基端側である。

センサ部２０１は、酸素濃度検出セル２０３と酸素ポンプセル２０５とを有する。酸素濃度検出セル２０３は、部分安定化ジルコニア焼結体からなる第１固体電解質層（第４セラミック層）２１１を有する。この第１固体電解質層２１１の表面２１１ａには、第１電極２１３が形成され、裏面２１１ｂには、第２電極２１５が形成されている。第１電極２１３は、先端側に配置された第１電極部２１３ａと、基端側に配置され、ガス検出素子２００の長手方向に延びる長円形状をなす接続部２１３ｃと、これら第１電極部２１３ａと接続部２１３ｃとを結ぶリード部２１３ｂとからなる。他方、第２電極２１５は、先端側に配置された第２電極部２１５ａと、基端側に配置され、長手方向に延びる長円形状をなす周縁部２１５ｃと、これら第２電極部２１５ａと周縁部２１５ｃとを結ぶリード部２１５ｂとからなる。

また、第１固体電解質層２１１の基端側の所定位置には、貫通孔２１１ｈが穿設されている（図３も参照）。そして、この貫通孔２１１ｈの内周面には、筒状をなす導体部２１７が形成されている。裏面２１１ｂのうち、貫通孔２１１ｈの周縁には、周縁部２１５ｃが設けられ、導体部２１７と接続されている。
また、第１固体電解質層２１１の表面２１１ａのうち、貫通孔２１１ｈの周縁には、長手方向に延びる長円形状をなす周縁部２１９が設けられ、導体部２１７と接続されている。

次に、酸素ポンプセル２０５について説明する（図２参照）。酸素ポンプセル２０５は、部分安定化ジルコニア焼結体からなる第２固体電解質層（第２セラミック層）２２１と、その表面２２１ａに形成された第３電極２２３及びその裏面２２１ｂに形成された第４電極２２５とから構成されている。第３電極２２３は、先端側に配置された第３電極部２２３ａと、基端側に配置され、長手方向に延びる長円形状をなす周縁部（第２接続部）２２３ｃと、第３電極部２２３ａと周縁部２２３ｃとを結ぶリード部２２３ｂとからなる。他方、第４電極２２５は、先端側に配置された第４電極部２２５ａと、基端側に配置され、長手方向に延びる長円形状をなす周縁部２２５ｃと、第４電極部２２５ａと周縁部２２５ｃとを結ぶリード部２２５ｂとからなる。

また、第２固体電解質層２２１の基端側の所定位置には、２つの貫通孔（第２貫通孔）２２１ｈ１，２２１ｈ２が穿設されている。また、第２固体電解質層２２１の表面２２１ａのうち貫通孔２２１ｈ１、２２１ｈ２の周縁には、長手方向に延びる長円形状をなす周縁部（第２周縁部）２２２，２２９が設けられている。他方、第２固体電解質層２２１の裏面２２１ｂのうち貫通孔２２１ｈ１、２２１ｈ２の周縁には、長手方向に延びる長円形状をなす周縁部２２４、２２５ｃが設けられている。そして、貫通孔２２１ｈ１の内周面には、筒状をなす導体部２２６が形成され、周縁部２２２と周縁部２２４とを接続している（図３参照）。また、貫通孔２２１ｈ２の内周面には、筒状をなす導体部（第２導体部）２２７が形成され、周縁部２２９と周縁部２２５ｃとを接続している（図４参照）。

図２に戻り、上述の酸素濃度検出セル２０３と酸素ポンプセル２０５との間には、アルミナを主体とする絶縁層（第３セラミック層）２３１が積層されている。この絶縁層２３１は、その大部分を占める絶縁部２３１ｆと、先端側に配置された多孔質状の拡散律速部２３１ｇ，２３１ｇとからなる。絶縁層２３１のうち、酸素濃度検出セル２０３の第１電極部２１３ａ及び酸素ポンプセル２０５の第４電極部２２５ａに対応する位置には、平面視矩形状のガス測定室２３１ｃが貫通形成されている。このガス測定室２３１ｃは、絶縁層２３１の幅方向の両端部分において拡散律側部２３１ｇ，２３１ｇを介して、外部と連通している。このため、拡散律側部２３１ｇ，２３１ｇにより、検出ガスがガス測定室２３１ｃに流入する際の律速を行うことができる。

また、絶縁層２３１の基端側には、長手方向に延びる長円形状をなす２つの貫通孔２３１ｈ１，２３１ｈ２が形成されている。また、絶縁層２３１の表面２３１ａのうち、貫通孔２３１ｈ１、２３１ｈ２の周縁には周縁部２３３ｅ、２３５ｅが形成されている。また、貫通孔２３１ｈ１、２３１ｈ２内にそれぞれ露出する周縁部２１９、接続部２１３ｃの上には、接続部２３３ｆ、２３５ｆが重ねて設けられている。そして、貫通孔２３１ｈ１には、その内壁面のうち先端側の一部に、その横断面がＵ字状の導体部２３３ｄが形成され、周縁部２３３ｅと接続部２３３ｆとを接続している（図３参照）。他方、貫通孔２３１ｈ２にも、その内壁面のうち先端側の一部に、その横断面がＵ字状をなす導体部２３５ｄが形成され、周縁部２３５ｅと接続部２３５ｆとを接続している（図４も参照）。

図２に戻り、保護層（第１セラミック層）２４１について説明する。第２固体電解質層２２１の表面２２１ａには、アルミナを主体とする保護層２４１が積層されている。保護層２４１は、第４電極２２３ａに対応して配置された多孔質の電極保護部２４１ｅと、それ以外の部分を占める補強部２４１ｄとからなる。電極保護部２４１ｅは、第４電極部２２３ａを覆って、被毒を防止、抑制する。また、補強部２４１ｄは、第２固体電解質層２２１を覆って保護する。また、保護層２４１の基端には、面取り部２００ｂｃが形成されている。

また、保護層２４１の基端側には、３つの貫通孔（第１貫通孔）２４１ｈ１，２４１ｈ２，２４１ｈ３が穿設されている。保護層２４１の表面２４１ａのうち、貫通孔２４１ｈ１，２４１ｈ２，２４１ｈ３の周縁には、長手方向に延びる３つの電極パッド２４３，２４４，２４５が幅方向に並んで形成されている。一方、保護層２４１の裏面２４１ｂのうち貫通孔２４１ｈ１，２４１ｈ２，２４１ｈ３の周縁には、長手方向に延びる長円形状をなす３つの周縁部（第１周縁部）２４７，２４８，２４９が並んで形成されている。そして、貫通孔２４１ｈ１の内周面には、導体部２７１が形成され、電極パッド２４３と周縁部２４７とを接続している（図３参照）。また、貫通孔２４１ｈ２の内周面には、導体部２７２が形成され、電極パッド２４４と周縁部２４８とを接続している（図４参照）。さらに、貫通孔２４１ｈ３の内周面には、筒状をなす導体部２７３が形成され、電極パッド２４５と周縁部２４９とを接続している（図５参照）。

ガス検出素子２００のセンサ部２０１には、３つの開口部２０６、２０７、２０８が形成されている。
このうち第１開口部２０６は、導体部２１７、導体部２３３ｄ、貫通孔２３１ｈ１、導体部２２６、導体部２７１の内周面が厚さ方向に連結されて構成されている（図３参照）。他方、第２開口部２０７は、導体部２３５ｄ、貫通孔２３１ｈ２、導体部２２７、導体部２７２の内周面が厚さ方向に連結されて構成されている（図４参照）。さらに、第３開口部２０８は、導体部２７３の内周面により形成されている。

次に、図２に戻り、ヒータ部２５１について説明する。ヒータ部２５１は、アルミナを主体とする第５セラミック層２５３及び第６セラミック層２５５と、これらの間に挟まれてなり、発熱体２５７と、第６セラミック層２５５の裏面２５５ｂのうち、基端側に設けられた一対のヒータ用外部接続パッド２６１，２６２とを有する。発熱体２５７は、先端側に位置する発熱部２５７ａと、基端側に位置する１対の接続部２５７ｃ１、２５７ｃ２と、発熱部２５７ａと接続部２５７ｃ１、２５７ｃ２とをそれぞれ結ぶ一対のリード部２５７ｂ１，２５７ｂ２とからなる。また、第６セラミック層２５５は、基端側に貫通孔２５５ｈ１、２５５ｈ２とを有している。貫通孔２５５ｈ１、２５５ｈ２の内周面には、一対の導体２５９，２６０が設けられ、それぞれ接続部２５７ｃ１、２５７ｃ２とヒータ用外部接続パッド２６１，２６２とを電気的に接続している。

次に、図１に戻り、ガスセンサ１００の他の部分の構成を説明する。主体金具１０３は、ＳＵＳ４３０からなり、ガスセンサ１００を排気管に取り付けるための雄ネジ部１０５と、この取り付け時に工具を係合させる六角係合部１０７とを外側に有する。また、主体金具１０３の内側には、径方向内側に向かって突出する内側段部１０９が設けられている。この内側段部１０９は、ガス検出素子２００を保持するための金属ホルダ１１１を支持している。そして、この金属ホルダ１１１の内側には、ガス検出素子２００を所定の位置に配置するためのセラミックホルダ１１３と滑石充填層１１５とが先端側から順に配置されている。この滑石充填層１１５は、先端側に位置する第１滑石充填層１１６と、基端側に位置する第２滑石充填層１１７の２層からなる。そして、第２滑石充填層１１７の基端側には、アルミナ製のスリーブ１１９が配置されている。このスリーブ１１９は、多段の円筒状に形成されており、その軸孔１１９ｈにガス検出素子２００を内挿している。そして、主体金具１０３の基端にある加締部１１０が内側に折り曲げられており、これにより、ステンレス製のリング部材１２１を介して、スリーブ１１９が主体金具１０３の先端側に押圧されている。

また、主体金具１０３の先端外周には、主体金具１０３の先端から突出するガス検出素子２００の先端部２００ｓを覆う金属製のプロテクタ１２５が溶接されている。このプロテクタ１２５は、有底円筒状で外側に位置する外側プロテクタ１２６と、有底円筒状で内側に位置する内側プロテクタ１２７とからなる二重構造をなしており、外側プロテクタ１２６及び内側プロテクタ１２７には、それぞれ排気ガスを内側に取り入れるためのガス取入穴１２６ｋ，１２７ｋが複数設けられている。

一方、主体金具１０３の基端側には、ＳＵＳ４３０からなる筒状の外筒１３１が溶接されている。この外筒１３１の内側には、セパレータ１３５が配置されている。セパレータ１３５は、外筒１３１との間に介在する保持部材１３７により外筒１３１に固定されている。また、セパレータ１３５には、ガス検出素子２００と電気的に接続する複数の接続端子金具１３９と、一端がこの接続端子金具１３９に電気的に接続する一方でガスセンサ１００の基端側外部に延出する複数のリード線１４１とが配置されている。また、セパレータ１３５の基端側には、外筒１３１の基端側開口１３１ｃを閉塞するための円柱状のゴムキャップ１４３が配置されている。このゴムキャップ１４３は、外筒１３１に装着された状態で外筒１３１の外周を径方向内側に加締めることにより、外筒１３１に固定されている。ゴムキャップ１４３には、複数の挿通孔１４３ｈが設けられ、上述の複数のリード線１４１がそれぞれ挿通されている。

次に、発明の要部について、図６〜８を用いて説明する。
図６〜図８は、ぞれぞれ、図３〜図５に対応し、それぞれの要部を拡大したものである。
ガス検出素子２００は、従来公知のシート積層技術および導体ペースト印刷技術等により、未焼成の積層体を形成した後、未焼成のセラミックグリーンシートと、その層間および貫通孔内に印刷形成された白金を主成分とした導体ペーストを同時焼成することにより形成される。
この焼成の際、セラミックグリーンシートと未焼成メタライズとでは焼成収縮量が異なるため、互いに重ね合わされた導体ペーストのうち、貫通孔に隣接した部分では、導体ペースト同士が剥がれて間隙を生じてしまうことがある。

まず、図６に示すように、互いに重ね合わされた周縁部（第１周縁部）２４７と周縁部（第２周縁部）２２２との間、周縁部２２４と周縁部２３３ｅとの間には、第１開口部２０６に隣接して、間隙を有して対向する離間部Ｇ１、Ｇ２が形成される。なお、図３では、離間部Ｇ１，Ｇ２は省略されている。

しかしながら、離間部Ｇ１、Ｇ２が形成されていても、周縁部２４７及び周縁部２２２は互いに重なり合う密着部Ｃ１を備えており、同様に、周縁部２２４及び周縁部２３３ｅは互いに重なり合う密着部Ｃ２を備えている。しかも、密着部Ｃ１，Ｃ２の最大長さＬ１は、離間部Ｇ１、Ｇ２の最大長さＳ１よりも大きく設定されている。したがって、周縁部２４７と周縁部２２２の間、周縁部２２４と周縁部２３３ｅの間で、十分な接続信頼性が確保される。

なお、図６に示すように、密着部Ｃ１は、第１開口部２０６の先端側だけでなく、基端側にも形成されている。しかし、本実施形態では、密着部Ｃ１の幅は先端側をより長くし、基端側では、ごくわずかとなっている。この結果、図３に示すように、第１開口部２０６をガス検出素子２００の基端２００ｂに近づけることができる。具体的には、３ｍｍ以下とするのが好ましい。なお、本実施形態では、第１開口部２０６と基端２００ｂとの距離は約１．５ｍｍである。

このように第１開口部２０６を基端２００ｂに近づけた結果、電極パッド２４３は、第１開口部２０６よりも先端側に設けられる。図３に示すように、接続端子１３９と電極パッド２４３との当接位置ｔ１は、密着部Ｃ１を含む周縁部２４７等よりもさらに先端側に位置している。すなわち、周縁部２４７等の厚み分により電極パッド２４３の凹凸を回避した部分で、接続端子１３９と電極パッド２４３とが接触しているため、両者間の接続信頼性が向上できる。

次に、第２開口部２０７については、図７に示すように、互いに重ね合わされた周縁部（第１周縁部）２４８と周縁部（第２周縁部）２２９との間、周縁部２２５ｃと周縁部２３５ｅとの間に、間隙を有して対向する離間部Ｇ３、Ｇ４が形成される。なお、図４では、離間部Ｇ３，Ｇ４は省略されている。

しかしながら、離間部Ｇ３、Ｇ４が形成されていても、周縁部２４８及び周縁部２２９は互いに重なり合う密着部Ｃ３を備えており、同様に、周縁部２２５ｃ及び周縁部２３５ｅは互いに重なり合う密着部Ｃ４を備えている。しかも、密着部Ｃ３，Ｃ４の最大長さＬ１は、離間部Ｇ３、Ｇ４の最大長さＳ１よりも大きく設定されている。したがって、周縁部２４８と周縁部２２９の間、周縁部２２５ｃと周縁部２３５ｅの間で、十分な接続信頼性が確保される。

なお、図７に示すように、密着部Ｃ３は、第２開口部２０７の先端側だけでなく、基端側にも形成されている。しかし、本実施形態では、密着部Ｃ３の幅は先端側をより長くし、基端側では、ごくわずかとなっている。そして、電極パッド２４４は、第２開口部２０７よりも基端側に設けられる。このように密着部Ｃ３がより短い基端側に、接続端子１３９と電極パッド２４４との当接位置ｔ２を位置させる（図４参照）ことで、周縁部２４８等の厚み分により電極パッド２４４に生じる凹凸を回避するのが容易となる。また、第２開口部２０７と当接位置ｔ２の間の距離は、第１開口部２０６と当接位置ｔ１の間の距離よりも、小さくできる。具体的には、開口部２０７と当接位置ｔ２との間の距離は１８０μｍであり、他方、第１開口部２０６と当接位置ｔ１との間の距離は、２２０μｍである。

次に、第３開口部２０８については、図８に示すように、互いに重ね合わされた周縁部（第１周縁部）２４９と接続部（第２接続部）２２３ｃとの間に、間隙を有して対向する離間部Ｇ５が形成される。なお、図５では、離間部Ｇ５は省略されている。

しかしながら、離間部Ｇ５が形成されていても、周縁部２４９及び接続部２２３ｃは互いに重なり合う密着部Ｃ５を備えている。しかも、密着部Ｃ５の最大長さＬ１は、離間部Ｇ５の最大長さＳ１よりも大きく設定されている。したがって、周縁部２４９と周縁部２２３の間で、十分な接続信頼性が確保される。この結果、導体部（第１導体部）２７３と接続部２２３ｃとの電気的接続信頼性を確保することができる。

なお、図８に示すように、密着部Ｃ５は、貫通孔（第１貫通孔）２４１ｈ３の先端側だけでなく、基端側にも形成されている。しかし、本実施形態では、密着部Ｃ５の幅は先端側の方をより長くし、基端側では、ごくわずかとなっている。そして、電極パッド２４５は、開口部２０８よりも基端側に設けられる。このように密着部Ｃ５がより短い基端側に、接続端子１３９と電極パッド２４５との当接位置ｔ３を位置させる（図５参照）ことで、周縁部２４９等の厚み分により電極パッド２４５に生じる凹凸を回避するのが容易となる。また、開口部２０８と当接位置ｔ３の間の距離は、第１開口部２０６と当接位置ｔ１の間の距離よりも、小さくできる。具体的には、開口部２０８と当接位置ｔ３との間の距離は１８０μｍであり、他方、第１開口部２０６と当接位置ｔ１との間の距離は、２２０μｍである。

なお、上記した離間部Ｇ１〜Ｇ５の最大長さＳ１は２０〜５５μｍであるのに対し、密着部Ｃ１〜Ｃ５の最大長さＬ１は、それぞれ６０μｍ〜２００μｍである。密着部Ｃ１〜Ｃ５の最大長さＳ１は、それぞれ離間部Ｇ１〜Ｇ５の３倍以上となっている。

また、周縁部２１９、２２４、２２２、２２５ｃ、２２９、２４７、２４８、２４９は、それぞれの貫通孔を基準として、先端側の長さの方が、基端側の長さより大きく設定されている。具体的には、先端側の長さおよび基端側の長さは、それぞれ１．６ｍｍ、基端側の長さが０．２ｍｍとなっている。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

実施形態に係る酸素センサの縦断面図でる。実施形態に係り、ガス検出素子の分解斜視図である。実施形態に係り、ガス検出素子のうち、第１開口部２０６近傍の概略構造を示す説明図である。実施形態に係り、ガス検出素子のうち、第２開口部２０７近傍の概略構造を示す説明図である。実施形態に係り、ガス検出素子のうち、開口部２０８近傍の概略構造を示す説明図である。実施形態に係り、ガス検出素子のうち、焼成の際に間隙が形成された第１開口部２０６を示す説明図である。実施形態に係り、ガス検出素子のうち、焼成の際に間隙が形成された第２開口部２０７を示す説明図である。実施形態に係り、ガス検出素子のうち、焼成の際に間隙が形成された開口部２０８を示す説明図である。比較技術１に係り、ガス検出素子のうち、開口部近傍の概略構造を示す説明図である。比較技術１に係り、ガス検出素子のうち、焼成の際に間隙が形成された開口部を示す説明図である。比較技術２に係り、ガス検出素子のうち、貫通孔近傍の概略構造を示す説明図である。比較技術２に係り、ガス検出素子のうち、焼成の際に間隙が形成された貫通孔を示す説明図である。

符号の説明

１００酸素センサ（ガスセンサ）
１３９接続端子
２００ガス検出素子
２００ａガス検出素子の先端
２００ｂガス検出素子の基端
２０１センサ部
２０６第１開口部
２０７第２開口部
２０８第３開口部
２１１第１固体電解質層（第４セラミック層）
２１１ｈ貫通孔
２１３第１電極
２１５第２電極
２１５ｃ、２１９周縁部
２２１第２固体電解質層（第２セラミック層）
２２１ｈ１、２２１ｈ２貫通孔（第２貫通孔）
２２２、２２９周縁部（第２周縁部）
２２３第３電極
２２３ｃ接続部（第２接続部）
２２４、２２５ｃ、２３３ｅ、２３５ｅ周縁部
２２６、２２７導体部（第２導体部）
２３１絶縁層（第３セラミック層）
２３１ｈ１、２３１ｈ２貫通孔
２３３ｄ、２３５ｄ導体部
２３３ｆ、２３５ｆ
接続部
２４１保護層（第１セラミック層）
２４１ｈ１，２４１ｈ２，２４１ｈ３貫通孔（第１貫通孔）
２４３、２４４、２４５電極パッド
２４７、２４８、２４９周縁部（第１周縁部）
２５１ヒータ部
２５３第５セラミック層（セラミック層）
２５５第６セラミック層（セラミック層）
２６１ヒータ用外部接続パッド
２７１、２７２、２７３導体部（第１導体部）
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５密着部
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５離間部
Ｌ１、Ｌ２密着部の最大長さ（幅）
Ｓ１，Ｓ２離間部の最大長さ（幅）
ｔ１、ｔ２、ｔ３当接位置

Claims

複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子を備えたガスセンサであって、
前記ガス検出素子は、
第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第１貫通孔を有する第１セラミック層と、
第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第２貫通孔を有する第２セラミック層と、
前記第１貫通孔の内周面に形成された第１導体部と、
前記第１セラミック層の前記第２面上の前記第１貫通孔周縁に設けられ、前記第１導体部と接続された導体からなる第１周縁部と、
前記第２貫通孔の内周面に形成された第２導体部と、
前記第２セラミック層の第１面上のうち、前記第２貫通孔周縁に設けられ、前記第２導体部と前記第１周縁部とを接続する導体からなる第２周縁部と、
前記第１導体部の内周面と前記第２導体部の内周面とで囲まれた開口部と、を備え、
前記第１周縁部と前記第２周縁部は、
前記開口部に連なる間隙を介して互いに対向する離間部と、
互いに重なり合う密着部と、を有し、
前記密着部の最大長さをＬ１、前記離間部の最大長さをＳ１とすると、Ｌ１＞Ｓ１を満たすことを特徴とするガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサであって、
Ｌ１≧３×Ｓ１を満たすことを特徴とするガスセンサ。
請求項１または２に記載のガスセンサであって、
Ｌ１は、６０〜２００μｍであることを特徴とするガスセンサ。
請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記密着部は、長手方向において、前記開口部の先端側の方が前記開口部の基端側よりも長いことを特徴とするガスセンサ。
請求項１乃至４に記載のガスセンサであって、
前記第１導体部と電気的に接続され、前記ガス検出素子の外表面に設けられた電極パッドと、
前記電極パッドと当接し、前記電極パッドと電気的に接続される接続端子と、をさらに有し、
前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置は、前記第１周縁部及び前記第２周縁部に対して、長手方向にずれていることを特徴とする
ガスセンサ。
請求項５に記載のガスセンサであって、
前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置は、長手方向において、前記開口部よりも基端側に位置していることを特徴とするガスセンサ。
請求項６に記載のガスセンサであって、前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置と前記開口部との間の距離は、３０〜２００μｍであることを特徴とするガスセンサ。
複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子を備えたガスセンサであって、
前記ガス検出素子は、
第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第１貫通孔を有する第１セラミック層と、
第１面と第２面とを有し、前記第１セラミック層の第２面側に積層される第２セラミック層と、
前記第１貫通孔の内周面に形成された第１導体部と、
前記第１セラミック層の前記第２面上の前記第１貫通孔周縁に設けられ、前記第１導体部と接続された導体からなる第１周縁部と、
前記第２セラミック層の第１面上に設けられ、前記第１貫通孔を塞ぎつつ、第１周縁部と接続される導体からなる第２接続部と、
前記第１導体部の内周面で囲まれた開口部と、
を備え、
前記第１周縁部と前記第２接続部は、
前記開口部に連なる間隙を介して互いに対向する離間部と、
互いに重なり合う密着部と、を有し、
前記密着部の最大長さをＬ２、前記離間部の最大長さをＳ２とすると、Ｌ２＞Ｓ２であることを特徴とするガスセンサ。
請求項８に記載のガスセンサであって、
Ｌ２≧３×Ｓ２を満たすことを特徴とするガスセンサ。
請求項８または９に記載のガスセンサであって、
Ｌ２は、６０〜２００μｍであることを特徴とするガスセンサ。
請求項８乃至１０のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記密着部は、長手方向において、前記開口部の先端側の方が前記開口部の基端側よりも長いことを特徴とするガスセンサ。
請求項８乃至１１のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記第１導体部と電気的に接続され、前記ガス検出素子の外表面に設けられた電極パッドと、
前記電極パッドと当接し、前記電極パッドと電気的に接続される接続端子と、をさらに有し、
前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置は、前記第１周縁部及び前記第２接続部に対して、長手方向にずれていることを特徴とするガスセンサ。
請求項１２に記載のガスセンサであって、
前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置は、長手方向において、前記開口部よりも基端側に位置していることを特徴とするガスセンサ。
請求項１３に記載のガスセンサであって、前記接続端子と前記電極パッドとの当接位置と前記開口部との間の距離は、３０〜２００μｍであることを特徴とするガスセンサ。
複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子を備え、
前記ガス検出素子は、
第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第１貫通孔を有する第１セラミック層と、
第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第２貫通孔を有する第２セラミック層と、
前記第１貫通孔の内周面に形成された第１導体部と、
前記第１セラミック層の前記第２面上の前記第１貫通孔周縁に設けられ、前記第１導体部と接続された導体からなる第１周縁部と、
前記第２貫通孔の内周面に形成された第２導体部と、
前記第２セラミック層の第１面上のうち、前記第２貫通孔周縁に設けられ、前記第２導体部と前記第１周縁部とを接続する導体からなる第２周縁部と、
前記第１導体部の内周面と前記第２導体部の内周面とで囲まれた開口部と、を備え、
前記第１周縁部と前記第２周縁部は、
前記開口部に連なる間隙を介して互いに対向する離間部と、
互いに重なり合う密着部と、を有し、
前記密着部の最大長さをＬ１、前記離間部の最大長さをＳ１とすると、Ｌ１＞Ｓ１を満たすガスセンサの製造方法であって、
前記第１面及び前記第２面を有し、これらの面の間を貫通する前記第１貫通孔を有する第１セラミックグリーンシートのうち、前記第１貫通孔の内周面に、未焼成第１導体部を形成すると共に、前記第２面に、前記未焼成第１導体部に接続する未焼成第１周縁部を形成する工程と、
前記第１面及び前記第２面を有し、これらの面の間を貫通する前記第２貫通孔を有する第２セラミックグリーンシートのうち、前記第２貫通孔の内周面に、未焼成第２導体部を形成すると共に、前記第１面に、前記未焼成第２導体部に接続する未焼成第２周縁部を形成する工程と、
前記第１セラミックグリーンシートの第２面と前記第２セラミックグリーンシートの前記第１面を合わせて前記第１セラミックグリーンシートに前記第２セラミックグリーンシートを積層し、前記未焼成第１導体部に前記未焼成第２導体部を突き合わせると共に、前記未焼成第１周縁部と前記未焼成第２周縁部を重ねる工程と、
出来上がった積層体を焼成する工程と、
を備えるガスセンサの製造方法。
複数のセラミック層が積層され、先端側に検出部が形成された長手方向に延びる板状のガス検出素子を備え、
前記ガス検出素子は、
第１面と第２面とを有し、該第１面と該第２面との間を貫通する第１貫通孔を有する第１セラミック層と、
第１面と第２面とを有し、前記第１セラミック層の第２面側に積層される第２セラミック層と、
前記第１貫通孔の内周面に形成された第１導体部と、
前記第１セラミック層の前記第２面上の前記第１貫通孔周縁に設けられ、前記第１導体部と接続された導体からなる第１周縁部と、
前記第２セラミック層の第１面上に設けられ、前記第１貫通孔を塞ぎつつ、第１周縁部と接続される導体からなる第２接続部と、
前記第１導体部の内周面で囲まれた開口部と、
を備え、
前記第１周縁部と前記第２接続部は、
前記開口部に連なる間隙を介して互いに対向する離間部と、
互いに重なり合う密着部と、を有し、
前記密着部の最大長さをＬ２、前記離間部の最大長さをＳ２とすると、Ｌ２＞Ｓ２であるガスセンサの製造方法であって、
前記第１面及び前記第２面を有し、これらの面の間を貫通する前記第１貫通孔を有する第１セラミックグリーンシートのうち、前記第１貫通孔の内周面に、未焼成第１導体部を形成すると共に、前記第２面に、前記未焼成第１導体部に接続する未焼成第１周縁部を形成する工程と、
前記第１面及び前記第２面を有する第２セラミックグリーンシートのうち、前記第１面に未焼成第２接続部を形成する工程と、
前記第１セラミックグリーンシートの第２面と前記第２セラミックグリーンシートの前記第１面を合わせて前記第１セラミックグリーンシートに前記第２セラミックグリーンシートを積層し、前記未焼成第１周縁部と前記未焼成第２接続部を重ねる工程と、
出来上がった積層体を焼成する工程と、
を備えるガスセンサの製造方法。